一种金属有机骨架-离子液体复合材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术提出了一种金属有机骨架‑离子液体复合材料的制备方法及其应用，涉及高效二氧化碳吸附剂的制备方法及其应用，具体涉及一种金属有机骨架‑离子液体复合材料、制备方法及其应用，包括以下步骤：将离子液体单体[BMIM]Br溶解在甲醇中，滴加到真空干燥活化过的Cu‑BTC中，得到悬浊液，搅拌，洗涤，离心干燥后得到淡蓝色固体粉末，所述[BMIM]Br与Cu‑BTC的质量比为0.25‑0.27。本发明专利技术采用金属有机骨架‑离子液体复合材料的方式吸附二氧化碳，吸附效果与现有技术相比显著提高，提高27％。

【技术实现步骤摘要】
一种金属有机骨架-离子液体复合材料的制备方法及其应用
本专利技术涉及高效二氧化碳吸附剂的制备方法及其应用，具体涉及金属有机骨架-离子液体的制备方法及其应用。
技术介绍
金属有机骨架材料(MOFs)作为一种多孔配位聚合物，其超高的比表面积、规整的孔道结构以及超高的孔隙率使得其在气体吸附领域获得广泛关注。然而多数金属有机骨架材料的孔道为微孔结构，这使得在CO2分子传输的速率很难得到提高，并且金属有机骨架材料通常以物理吸附为主，尤其在CO2浓度较低时吸附性能不显著。现有技术中利用离子液体与金属有机骨架材料大多使用原位聚合或担载的形式。担载相对于原位聚合的方式，操作更简便，且无须使用聚合剂使得离子单体聚合。离子液体(ILs)具有低蒸汽压、溶解性好、稳定性高等特点，对CO2具有良好的亲和力，且具有分子级别的可设计性，已经广泛用于CO2吸附分离领域。然而，离子液体的粘度较高，不利于气体传质和扩散，因此很多研究者将离子液体与多孔材料复合获得固体吸附材料。常用的多孔材料包括活性炭、沸石分子筛和MOFs等，载体的性质通过主-客体相互作用影响吸附性能。[BMIM]Br离子液体是一种室温下的熔融盐,与其他离子液体并称为“绿色溶剂”。考虑到工业上的气体分离过程，离子液体中不同气体的溶解度一样重要，与其他气体相比，传统的离子液体具有较高的CO2溶解度离子液体对CO2具有良好的亲和力，因此以离子液体为吸附剂的CO2捕集技术受到了广泛的关注。将离子液体分散在MOFs材料上，一方面可以对MOFs材料表面进行改性，调节对CO2和其它气体分子的作用力；另一方面可以将离子液体多相化，获得一类高比表面积的离子液体衍生的固体材料。这种离子液体与MOFs的复合材料(简称为ILs/MOFs)兼具了离子液体和MOFs的特点，是一种具有良好前景的CO2捕集材料。然而，如何调节ILs/MOFs复合材料的组成和结构，同时提高CO2吸附分离过程中的吸附量和分离能力一直是一个挑战。申请号为201811617674.0，申请日为2018.12.28的专利技术专利申请《一种离子型共聚物复合材料吸附剂及其制备方法和应用》公开了一种离子型共聚物复合材料吸附剂及其制备方法和应用。通过将离子液体单体和交联剂二乙烯苯共聚制备多孔离子型共聚物；以原位生长的方式将金属有机骨架材料负载在多孔离子型共聚物表面，得到多孔离子型共聚物复合材料吸附剂。该方法是以离子液体单体原位聚合的方式使得离子液体聚合存在于MOF材料中，该方法制备工艺较为复杂。
技术实现思路
本专利技术提出了一种将离子液体担载在MOFs材料上，使用溶剂热处理的方法，由此提出了一种基于ILs/MOFs复合材料的高效CO2固体吸附剂。一种金属有机骨架-离子液体复合材料的制备方法，包括以下步骤：将离子液体单体[BMIM]Br溶解在甲醇中，滴加到真空干燥活化过的Cu-BTC中，得到悬浊液，搅拌、洗涤、离心干燥后得到淡蓝色固体粉末，所述[BMIM]Br与Cu-BTC的质量比为0.25-0.27。优选的，所述淡蓝色固体粉末滴加溶剂DMF后放入恒温箱80-120℃,20-28h后取出，洗涤。优选的，Cu-BTC的制备方法，将Cu(NO3)2·3H2O溶解在去离子水中，同时将H3BTC溶解在乙醇中，将两种配好的溶液倒入水热釜里搅拌30-60min后，转移到烘箱里晶化10h-15h，取出并冷却至室温后，用去离子水和乙醇洗涤多次，烘干，真空干燥，所述Cu(NO3)2·3H2O与H3BTC的质量比为1.8-2.3，所述去离子水与乙醇的体积比为0.8-1.5。优选的，所述离子液体单体溶解在甲醇可通过超声10-20min使其完全溶解。优选的，所述水热釜为聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热釜。优选的，所述水热釜搅拌时间为40-50min。金属有机骨架-离子液体复合材料在吸附二氧化碳中的应用。有益效果(1)相对于目前现有吸附剂，本专利技术基于金属有机骨架材料比表面积和孔容较大的特点，在MOFs材料中采用担载的方法滴加离子液体单体，由于CO2的动力学直径为0.33nm，当离子液体单体滴加进MOFs材料中时，会进一步缩小MOFs材料中微孔的粒径，以此更好的提高吸附容量；(2)本专利技术采用金属有机骨架-离子液体复合材料的方式吸附二氧化碳，吸附效果与现有技术相比显著提高，在273K和298K的温度条件下吸附率提高27％。附图说明图1为[BMIM]Br-CuBTC的扫描电镜图；图2为Cu-BTC和[BMIM]Br-CuBTC(n)系列样品的XRD图谱；图3为Cu-BTC和[BMIM]Br-CuBTC(n)系列样品的红外谱图；图4为Cu-BTC和[BMIM]Br-CuBTC(n)系列样品在273K的CO2气体的吸附等温线；图5为Cu-BTC和[BMIM]Br-CuBTC(n)系列样品在298K的CO2气体的吸附等温线。具体实施方式实施例1制备Cu-BTC：将1.087gCu(NO3)2·3H2O溶解在15mL的去离子水中，同时将0.525gH3BTC溶解在15mL的乙醇中，将两种配好的溶液倒入50mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热釜里搅拌30-60min后，转移到393K烘箱里晶化12h，取出并冷却至室温后，用去离子水和乙醇洗涤多次，烘干后得到淡蓝色固体，再经过423K真空干燥过夜活化得到深蓝色固体。[BMIM]Br-CuBTC-1(3.87)的制备：将0.135g的离子液体单体[BMIM]Br溶解在4mL甲醇中，超声15min使其完全溶解，继而缓慢滴加到0.5g真空干燥活化过的Cu-BTC中，滴加结束之后得到了悬浊液，在室温下继续搅拌24h后，然后用去离子水洗去Cu-BTC表面残留的离子液体，离心干燥后得到淡蓝色固体粉末，命名为[BMIM]Br-CuBTC(n)，其中n代表最终复合材料中离子液体所占的质量分数。在本实施例中，将该物质命名为[BMIM]Br-CuBTC-1(3.87)。将所得的复合材料在120℃下活化12h。采用BELSORP-MAX分析仪测定该物质在273K和298K温度条件下吸附CO2的吸附等温线，实验数据如图4和图5所示。实施例2制备Cu-BTC：将1.087gCu(NO3)2·3H2O溶解在15mL的去离子水中，同时将0.525gH3BTC溶解在15mL的乙醇中，将两种配好的溶液倒入50mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热釜里搅拌30-60min后，转移到393K烘箱里晶化12h，取出并冷却至室温后，用去离子水和乙醇洗涤多次，烘干后得到淡蓝色固体，再经过423K真空干燥过夜活化得到深蓝色固体。[BMIM]Br-CuBTC-2(2.11)：将0.125g的离子液体单体[BMIM]Br溶解在4mL甲醇中，超声15min使其完全溶解，继而缓慢滴加到0.5g真空干燥活化过的Cu-BTC中，滴加结束之后得到了悬浊液，在室温下继续搅拌24h后，然后用去离子水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属有机骨架-离子液体复合材料的制备方法，包括以下步骤：/n将离子液体单体[BMIM]Br溶解在甲醇中，滴加到真空干燥活化过的Cu-BTC中，得到悬浊液，搅拌、洗涤、离心干燥后得到淡蓝色固体粉末，所述[BMIM]Br与Cu-BTC的质量比为0.25-0.27。/n

【技术特征摘要】
1.一种金属有机骨架-离子液体复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将离子液体单体[BMIM]Br溶解在甲醇中，滴加到真空干燥活化过的Cu-BTC中，得到悬浊液，搅拌、洗涤、离心干燥后得到淡蓝色固体粉末，所述[BMIM]Br与Cu-BTC的质量比为0.25-0.27。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述淡蓝色固体粉末滴加溶剂DMF后放入恒温箱80-120℃,20-28h后取出，洗涤。


3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，Cu-BTC的制备方法，将Cu(NO3)2·3H2O溶解在去离子水中，同时将H3BTC溶解在乙醇中，将两种配好的溶液倒入水热釜里搅拌30-60min后，转移到烘箱...

【专利技术属性】
技术研发人员：王军，周瑜，王远，周洋，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32